脂质运载蛋白2在肝脏疾病发生发展中的作用

廖争光， 卫诗蕙， 杜丹玉， 孙 立， 袁胜涛

中国药科大学 药物科学研究院， 江苏省新药筛选重点实验室， 南京 210009

糖蛋白作为细胞膜的结构成分以及免疫细胞的抗原决定簇，在抵御多种疾病中起着关键作用。通常血液和尿液中的循环糖蛋白被用作生物标志物以检测和跟踪良性及恶性疾病的进展。近年来，一类被称为“脂质运载蛋白”的分泌糖蛋白，因在维持健康和对抗疾病方面起着关键作用而备受关注。其中，脂质运载蛋白2(LCN2)作为部分良性和恶性肿瘤的生物标志物被广泛报道。目前LCN2的相关研究主要集中于其作为肾损伤[1-2]、贫血[3]和癌症[4]生物标志物的作用方面，而在肝脏疾病中的研究报道较少。本文拟对LCN2的生物学特性及其在生理和肝脏疾病病理状态中的功能作用进行综述，并探讨LCN2作为肝脏疾病新的生物标志物和治疗靶点的潜力。

1 LCN2概述

LCN2最初是从感染猴空泡病毒40的小鼠肾细胞培养物中纯化所获得，也被称为中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(NGAL)、噬铁蛋白、α2-微量白蛋白相关蛋白或24p3蛋白，是脂钙蛋白超家族的一种分泌糖蛋白，负责运输循环中的亲脂性小分子如类固醇、脂多糖、铁和脂肪酸，在机体先天性免疫和病理过程中发挥着重要作用[5-6]。LCN2的基因定位于人类9号常染色体(9q34)，编码含197个氨基酸残基的肽链(包括178个氨基酸残基的成熟肽段)和19个氨基酸残基的前导序列，其空间结构是由N端的310-螺旋、C末端的α-螺旋，以及中间的八段反平行式β-折叠构成保守的桶状三级结构[7-8]。LCN2主要以25 kD单体、二硫键相连的同源二聚体以及与基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)9通过分子间二硫键形成共价的异源多聚体3种分子形式存在[6,9]。

LCN2主要表达于肾脏、子宫颈、骨髓、鼻咽、支气管、胃、脾脏、唾液腺和皮肤等多种组织[10]。研究[11]发现在病理条件下，分泌LCN2的细胞数量增加导致LCN2在各种良恶性疾病中显著上调，甚至与免疫防御无关。LCN2最初被认为是细菌感染期间由中性粒细胞分泌的急性期蛋白，Goetz等[11]注意到，从人类中性粒细胞中分离出的LCN2与细菌相关铁载体结合，降低细菌中铁的含量从而达到抑制细菌的作用。后来由于与炎症的强相关性，LCN2被广泛当作一种应激蛋白，细菌感染引起的炎症和一些无菌性的炎症均会导致机体LCN2的释放增加[5]。此外，LCN2也是一种促炎性细胞因子，可作为急性肾损伤常用的生物标志物[12]。LCN2作用范围还包括影响细胞凋亡[13]、脂质代谢[14]、细胞迁移[15]、肿瘤侵袭和转移[16]。由于其能够在肾损伤、肥胖、2型糖尿病、肿瘤发生及转移等多种疾病中发挥重要作用，故而受到越来越多的关注。

2 LCN2在肝脏疾病中的作用

2.1 LCN2与急性肝损伤 急性肝损伤通常是由病毒感染、毒素、酗酒和药物中毒引起的一种肝功能迅速衰竭的肝病综合征，病死率近80%[17]。通过小鼠注射CCl4以及大鼠进行胆管结扎诱导肝损伤建立实验模型，发现LCN2在受损肝脏中表达显著增加[18]。LCN2表达的增加与核因子-κB(NF-κB)的激活和促炎细胞因子IL-1β的释放相关，提示LCN2可能是肝脏炎症的早期生物标志物[18-19]。另有研究[20]表明，小鼠在注射CCl4或刀豆蛋白A后，其肝脏LCN2表达显著上调，并与AST和ALT水平升高相关。进一步研究发现，与正常对照组小鼠相比，LCN2基因敲除小鼠在注射CCl4、脂多糖、刀豆蛋白A或胆管结扎时，肝损伤更加严重。具体表现为AST和ALT水平升高，IL-1β、IL-6、TNFα等多个炎症细胞因子表达增加，从而导致STAT1、STAT3、NF-κB和JNK通路的持续激活。基于以上发现，提示LCN2在急性肝损伤中可能具有肝保护作用，具体机制有待进一步深入研究。

2.2 LCN2与非酒精性脂肪性肝病(NAFLD) NAFLD不仅仅是一种肝脏疾病，而且与心血管疾病、慢性肾脏疾病、2型糖尿病、肥胖和血脂异常有关[21]。在脂肪变性的早期阶段，可以通过改变生活方式，包括改变饮食习惯和加强体育锻炼实现逆转；然而，由于一些特定的分子改变以及不同的免疫细胞激活，可能导致NAFLD发展至非酒精性脂肪性肝炎(NASH)、肝纤维化、肝硬化甚至肝细胞癌(HCC)[21]。LCN2与肥胖、胰岛素抵抗和糖尿病相关[22]，提示其有可能作为评估脂肪肝疾病的生物标志物。Auguet等[23]检测了正常肥胖女性和NAFLD(NASH或单纯脂肪变性)肥胖女性肝脏中LCN2的基因及其蛋白表达水平，发现NAFLD肥胖女性肝脏中LCN2的基因和蛋白表达水平均上调，且肝脏LCN2基因表达与单纯脂肪变性相关，LCN2蛋白表达水平与NASH相关。另一项针对中国受试者进行的研究[24]显示，与正常健康人相比，NAFLD患者的血清LCN2水平升高，并且LCN2表达水平与炎症和胰岛素抵抗程度相关。Milner等[25]研究表明，在NAFLD中LCN2水平与肝脏炎症程度、肝纤维化阶段以及胰岛素抵抗相关。

随后有大量研究通过体外和体内模型探讨了LCN2在NAFLD发病机制中的具体作用。Xu等[26]在肝细胞中过表达LCN2，发现其可促进脂肪分解和脂肪酸氧化，表明LCN2可以抑制脂肪从头生成、脂质过氧化、脂质摄取和细胞凋亡，从而预防NASH。另有体外研究[23]发现通过促炎的TNFα、IL-6和抵抗素处理可导致HepG2细胞中LCN2的表达上调。因此，LCN2表达上调被认为是肝脏对炎症的保护性反应。Semba等[27]使用FLS(fatty liver Shionogi)小鼠作为NASH模型，与DS(dd Shionogi)单纯性脂肪变性小鼠相比，结果显示NASH组小鼠肝脏中LCN2表达明显升高，同时伴随趋化因子CXCL1和CXCL9表达升高，且发现LCN2主要由炎症细胞簇中存在的肝细胞表达；作者进一步通过蛋氨酸和胆碱缺乏(methionine and choline defificient，MCD)饮食建立NASH小鼠模型，与野生型对照组相比，LCN2基因敲除小鼠肝脏中的中性粒细胞和白细胞募集显著降低，证明损伤诱导的LCN2上调可能是一种内在的“帮助”信号，在机体受损时，LCN2将大量炎症细胞招募至损伤组织中[28]。另一项研究[14]同样应用MCD饮食诱导野生型小鼠和LCN2基因敲除小鼠建立NASH模型，与野生型对照组相比，喂食MCD饮食的LCN2基因敲除小鼠在肝脏中积累了更多的脂滴，进一步研究发现LCN2能够通过诱导对脂滴形成重要的Perilipin5蛋白来维持脂质稳态。

如上所述，尽管已有大量研究将LCN2描述为肝脏中的一种肝保护因子，但是，Ye等[29]通过高脂肪和高胆固醇饮食或MCD饮食诱导小鼠NASH模型，发现LCN2作为一个中心介质，通过诱导趋化因子受体CXCR2导致ERK1/2的激活和促炎趋化因子的产生，从而促进中性粒细胞和肝巨噬细胞之间的串扰，加剧NASH。由于目前尚未提出LCN2在NAFLD中发挥作用的确切机制，未能证明LCN2是NAFLD导致的结果还是其主要驱动因素，因此对LCN2在NAFLD中的治疗作用仍有争议。以上研究表明，LCN2是NAFLD的可靠生物标志物，但需要进一步的研究来阐明LCN2在NAFLD发生发展中的作用。

2.3 LCN2与酒精性肝病(ALD) ALD是指长期过量饮酒导致肝脏的组织病理学改变，从单纯脂肪变性到酒精性脂肪性肝炎(ASH)、肝纤维化、肝硬化和HCC。慢性酒精摄入促进乙醛等活性氧部分在肝脏中积累，导致肝细胞代谢受损、慢性氧化应激、脂质过氧化、肝细胞损伤和死亡[30]。与主要局限于酒精性肝硬化或单纯脂肪变性的患者相比，ASH患者表现出肝脏LCN2免疫反应性增加。同样，喂养乙醇的小鼠表现出肝脏中白细胞，特别是中性粒细胞LCN2表达增加，而在单核细胞和Kupffer细胞中表达较低。与喂养乙醇的野生型小鼠相比，LCN2基因敲除小鼠肝脏中的中性粒细胞浸润和肝脂肪变性减少，肝损伤程度减轻[31]。在慢性酒精刺激期间，中性粒细胞来源的LCN2决定了肝脏中性粒细胞的迁移。以上发现证明LCN2驱动乙醇诱导的中性粒细胞浸润，并加快ALD的进展，LCN2中和抗体治疗可减轻酒精刺激后的肝损伤和中性粒细胞浸润[31]。但是，也有研究[32]表明，在ALD患者和酒精性脂肪肝小鼠模型中肝脏沉默调节因子2通过介导赖氨酸102和211位点的去乙酰化降低了CCAAT/增强子结合蛋白β(CCAAT/enhancer-binding protein beta，C/EBPβ)的泛素化，增强了该蛋白的稳定性，进而上调C/EBPβ靶基因LCN2的转录，促进LCN2表达。LCN2反之亦可以防止由酒精引起的肝脂肪变性、脂质过氧化和肝细胞凋亡，进而保护小鼠免受酒精诱导的肝损伤。此外，肝细胞特异性过表达LCN2可通过抑制肝脏脂质过氧化和肝细胞凋亡来预防及改善酒精性肝损伤[32]。上述研究提示LCN2在ALD发生发展中发挥着重要作用，LCN2可以减少由酒精引起的肝脂肪变性、脂质过氧化和肝细胞凋亡，但同时又驱动酒精刺激诱导中性粒细胞浸润，因此需要进一步的研究来阐明LCN2在ALD中发挥作用的具体机制，为ALD的治疗提供新的策略与思路。

2.4 LCN2与肝纤维化、肝硬化 肝纤维化是由肝炎病毒感染、酗酒或NASH等多种原因引起的慢性肝损伤导致的组织瘢痕愈合反应的结果，可逐步进展至肝硬化和HCC[33]。肝星状细胞(HSC)负责产生大部分的细胞外基质，并在肝纤维化形成中起着核心作用。Ariza等[34]研究发现，与健康对照组相比，肝硬化患者尿液中LCN2显著增加，从而将尿液LCN2作为肝硬化的预后标志。Kim等[35]在HCV感染的肝纤维化患者的尿液样本中发现LCN2的含量与纤维化和肝硬化评分相关。Chen等[36]研究显示，与健康人相比，肝纤维化患者的肝脏和血清中LCN2表达大量增加，在健康人肝脏中，LCN2仅在单核细胞中表达，而肝纤维化患者LCN2不仅在单核细胞中表达，也在肝细胞中明显表达。进一步研究发现，LCN2通过HIF1A-ET1轴促进肝纤维化进展，LCN2基因敲除小鼠免受乙醇或CCl4暴露引起的肝纤维化[36]，提示LCN2可能是一个新的肝纤维化和肝硬化的治疗靶点。

2.5 LCN2与HCC 在我国原发性肝癌90%以上为HCC，肝内胆管癌和肝细胞及胆管混合癌各占不足5%[37]。有充分的证据表明LCN2在乳腺癌、甲状腺癌、结肠癌、卵巢癌、肺癌以及各种腺癌和白血病中表达显著上调[5]，然而，与原发性肿瘤相比，部分转移性肿瘤的LCN2表达降低[38]。在一项对300例受试者的研究[39]中发现，与正常对照组、肝硬化患者和慢性肝炎患者相比，LCN2在HCC患者中的表达显著增加；与常用的甲胎蛋白相比，血清LCN2不仅能够作为HCC诊断标志物，而且能够更准确地区分HCC和肝硬化受试者。这与埃及的一项研究[40]结果一致，该研究表明尿液中的LCN2水平也可以作为HCC的诊断标志物。另有研究[41-42]显示LCN2不仅可以作为HCC的诊断标志物，而且发现血清LCN2浓度高于217.5 μg/L与HCC患者的病死率相关，LCN2和LCN2受体表达的升高与HCC患者的肿瘤分期、血管浸润状态以及肿瘤复发呈正相关，表明LCN2可能是HCC预后不良的标志物。

大多数研究集中于确认LCN2可作为HCC的生物标志物，但也有一些研究集中于确定它在HCC中的作用。有研究[15]发现过表达LCN2能够增强肿瘤细胞的迁移和侵袭，相反，在肿瘤细胞系中敲低LCN2抑制了肿瘤细胞系在体外和体内的迁移和侵袭。进一步研究发现，LCN2的过表达抑制E-钙黏蛋白，并激活p-Met和p-FAK，而其缺失可增强E-钙黏蛋白的表达，抑制p-Met和p-FAK蛋白以及MMP-9和MMP-2的活性，从而促进肿瘤细胞的迁移和侵袭[15]。同时，Yao等[43]发现HCC中NF-κB信号通路异常激活上调LCN2的表达，LCN2大量消耗铁，从而导致肿瘤细胞对铁死亡诱导剂不敏感，LCN2中和抗体治疗增强了索拉非尼对LCN2高表达HCC患者来源的异种移植瘤的铁死亡诱导和抗癌作用。上述研究表明LCN2是影响肿瘤进展和侵袭性的因素之一，提示其可作为肝癌治疗的潜在靶点。

然而，其他一些研究[13,16,44]表明LCN2在HCC中可能具有抗肿瘤作用。Wang等[16]研究显示LCN2至少部分通过表皮生长因子或TGFβ1/LCN2/Twist1信号通路负向调节上皮-间充质转化，这一发现表明LCN2是一种转移抑制因子，可能使其成为一个潜在的治疗靶点。也有学者[44]将LCN2归类为一种肿瘤抑制因子，因为LCN2能够通过抑制JNK和PI3K/AKT信号通路来减少HCC细胞的增殖和侵袭。研究[13,44]发现在SK-Hep-1和Huh-7细胞中过表达LCN2可显著降低肿瘤细胞的活力，引起肿瘤细胞周期阻滞，促进HCC细胞凋亡。尽管在HCC中LCN2的作用尚不一致，但LCN2在HCC中的多种作用表明其可能是HCC治疗中一个很有前途的靶点。

3 小结与展望

通过总结LCN2与肝脏疾病关系的相关研究，发现LCN2在急性肝损伤、NAFLD、ALD、肝纤维化、肝硬化和HCC等肝脏疾病中表达显著上调，支持了其可作为各种肝脏疾病的一个良好的生物标志物的观点。然而，目前仍未开发出针对LCN2设计的分子靶向药物或抗体，LCN2水平的失调是否反映了其在肝脏疾病发病机制中的重要作用尚待阐明。进一步探索LCN2在肝脏疾病发生、进展和潜在消退中的作用以及其调控机制可能为肝脏疾病的药物开发与临床研究提供理论参考。

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。

作者贡献声明：袁胜涛、廖争光负责研究选题；廖争光、卫诗蕙负责设计论文框架，起草论文；杜丹玉负责修订论文；孙立负责拟定写作思路，指导撰写文章并最后定稿。